In der Eiszeit hält der Frühling Einzug: Blumen erblühen, die Tiere erwachen aus ihrem Winterschlaf und die Familien freuen sich auf den Nachwuchs. Da überkommt Sid die verrückte Idee, einen Eier-Sitting-Service für die werdenden Eltern ins Leben zu rufen. Sein Plan droht jedoch zu scheitern, denn Squint, das Piraten-Kaninchen, entführt die Eier, um mit dem Lösegeld ein neues Piratenschiff anzuschaffen.

Durch eine Verkettung unglücklicher Umstände kommt es den Chipmunks zu Ohren, dass Dave seiner neuen Freundin in New York einen Heiratsantrag machen will. Durch ein Missverständnis glauben die drei singenden Nager plötzlich, dass Dave seine drei tierischen Freunde gegen eine feste Beziehung mit seiner Angebeteten eintauschen - sie also loswerden - will. Kurzerhand begeben der mutige Alvin, der schlaue Simon und der kleine Theodore sich also auf einen dreitägigen Road Trip nach New York City, um die drohende Verlobung zu verhindern.

Nachdem sein leiblicher Vater Li auf der Bildfläche erscheint, nimmt er Po mit in sein ebenso entlegenes wie paradiesisches Dorf voller tollpatschiger Pandas. Doch die Idylle wird durch den mit übernatürlichen Kräften ausgestatteten Schurken Kai bedroht, der sich ein fürchterliches Ziel gesetzt hat: Er will jeden einzelnen Kung-Fu-Meister in China vernichten. Also ist es an Po, aus seinen gemütlichen Verwandten mutige, selbstsichere Kämpfer zu machen. Doch bislang haben die vergnügten Pandas keinerlei Kampferfahrungen, was die Angelegenheit nicht einfacher macht. Hilfe bekommt Po von seinen treuen Freunden Tigress, Crane, Monkey ,Mantis und Viper sowie seinem Ausbilder Meister Shifu